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Verfahren zur Übergabe von Flüssigkeiten aus Behältern und
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Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Übergabe von Flüssigkeiten aus Behältern, insbesondere im klinisch/chemischen
Bereich, mit einer Kanüle, die an einer Höhenbewegungseinrichtung angeordnet ist
und der ein Niveaufühler zugeordnet ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine
Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens mit den angegebenen Teilen.
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In diesem Zusammenhang wird auf eine ältere Anmeldung P 30 39 475.4
Bezug genommen, die eine Aufnahme- bzw. Übertragungsvorrichtung im angegebenen Zusammenhang
mit einer Kanüle und einer Höhenbewegungseinrichtung betrifft, und bei welcher ein
Druckluftniveaufühler vorgesehen ist.
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Im Hinblick auf diese vorgeschlagene Ausführungsform wird einbezogen,
daß der Ausdruck Kanüle ein starres Rohr und eine flexible Ausgestaltung als Schlauch
einbezieht, wobei jeweils eine Ausführung aus einem chemisch-inerten Material vorgesehen
ist. Dabei sind metallische Ausführungen als Begierungen
mit Gold,
Palladium und Silber bekannt, aber auch Kunststoffausführungen unter der Handelsbezeichnung
"Teflon" aus Polytetrafluoräthylen und Copolymeren aus Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen
bzw. Polyäthylen oder Polypropylen. Das wird alles einbezogen. Es ist auch bekannt,
solche Vorrichtungen durch einen Antrieb in ein Gefäß zu führen, so daß das untere
Ende der Kanüle in die Flüssigkeit genügend weit eintaucht, um eine durch einen
in der Kanüle oder einem angeschlossenen Teil bewegbaren Kolben bestimmte Flüssigkeitsmenge
auf zunehmen.
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Insofern sind Niveaufühler bekannt, die unter obigen Gesichtspunkten
die Bewegung steuern. Dabei wird einbezogen, daß nicht nur die Beitfähigkeit der
Flüssigkeit bei bekannten Ausführungen einbezogen wird, sondern auch die Oberflächenbeschaffenheit.
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In bezug zur letzteren ist eine optische Abtastung bisher als unzureichend
angesehen worden, weil sie nicht nur vom Lichteinfall abhängig ist, sondern auch,insbesondere
bei Schaumbildung auf der Flüssigkeitsoberfläche, täuschende Signale liefert. Das
sind entscheidende Nachteile, weil dadurch eine berührungsfreie Abtastung zur Flüssigkeitsoberfläche
praktisch ausgeschlossen wurde, wobei im Hinblick auf die vorgeschlagene Ausführungsform
davon auszugehen ist, daß Druckluft eine physikalische, an sich starre Verbindung
darstellt, die vor allem mit ihrer Energiewirkung auch die Oberfläche der Flüssigkeit
beeinflußt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
für den Betrieb einer Aufnahme- bzw. Übertragungsvorrichtung, bzw. ein Verfahren
zur Übergabe von Flüssigkeiten aus Behältern mit einer Kanüle, die an eine Höhenbewegungseinrichtung
angeschlossen ist, dahingehend in Verbindung mit einem Niveaufühler zu verbessern,
daß eine Abtastung ohne starre Verbindung zur Flüssigkeit und ohne Berücksichtigung
der Leitfähigkeit
der Flüssigkeit lediglich in Abhängigkeit von
der Flüssigkeitsoberfläche erfolgt.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren dadurch gelöst, daß eine Abtastung
durch optische Strahlung zur puiveaufeststellung durchgeführt wird und von einem
Sender ausgehende und zu einem Empfänger reflektierte Strahlungen in kleine Querschnittsabschnitte
unterteilt sind, wobei am Empfänger die reflektierte Strahlung auch an entsprechend
kleinen, zueinander unterteilten Aufnahmeflächen aufgenommen wird. Hierbei nehmen
die kleinen Aufnahmeflächen bzw. Flächenabschnittf jeweils als einzelne für sich
in Abhängigkeit von einer zunehmenden Annäherung an die Flüssigkeitsoberfläche sich
ändernde Lichtmengen, gegebenenfalls impulsweise, auf.
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Dadurch ist es überraschend möglich, in Verbindung mit der flächenmäßig
feinen Unterteilung auch eine optische Abtastung, selbst bei unruhigen oder schäumenden
Oberflächen von Flüssigkeiten, zuverlässig durchzuführen. Zweckmäßig sind dabei
die Strahlungen mit Impulsen wenigstens überlagert, obgleich auch gleichbleibendes
Licht einbezogen wird.
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Zur Durchführung eines solchen Verfahrens schafft die Erfindung eine
Vorrichtung der eingangs angegebenen Art mit einer Kanüle, die an einer Höhenbewegungseinrichtung
angeordnet ist und der ein Niveaufühler zur Steuerung der Eohenbewegungseinrichtung
zugeordnet ist, dadurch, daß ein optischer Niveaufühler mit einer Unterteilung in
kleine Flächenelemente vorgesehen ists von denen ein Teil einer optischen Sendeeinrichtung
und ein anderer Teil einer optischen EmpfangseinrichtunE zugeordnet ist. Wenn dabei
auch ein Niveaufühler als bekannt vorausgesetzt wird, so bildet der optische Niveaufühler
mit seinen Merkmalen eine überraschende Lösung, weil durch die Aufteilung in kleine
Flächenelemente ein Merkmal-geschaffen
wird, das bei bisher optische
Niveaufühler ausschließenden Einflüssen einen Steuerungseffekt erbringt, der überhaupt
erst den Einsatz optischer Niveaufühler ermöglicht.
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Wenn von kleinen Flächenelementen die Rede ist, die eine Querschnittsaufteilung
der Abtaststrahlung bedingen, dann liegt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
darin, daß der Fühler hinsichtlich seiner Unterteilung aus einer Bündelung von Lichtleitfasern
besteht. Vorzugsweise sind solche Lichtleitfasern sowohl dem Sender als auch dem
Empfänger zugeordnet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind Lichtleitfasern in Ringanordnung
im wesentlichen alternierend um die Kanüle herum angeordnet. Dabei wird einbezogen,
daß in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform Lichtleitfasern ringförmig paarweise
in radialer Hinsicht angeordnet sind, wobei eine Gruppe der Lichtleitfasern in gleichmäßiger
Verteilung in bezug zu einer anderen Gruppe der Lichtleitfasern hinsichtlich dertaarweisen
Anordnung innen und außen in einem Ringraum mit dem Sender oder dem Empfänger verbunden
sind.
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Gegenüber einer vorstehend geschilderten Ausführungsform besteht eine
andere vorteilhafte Ausführungsform darin, daß ein Sensor neben der Kanüle mit Lichtleitfasern
vorgesehen ist, die teilweise mit einem Sender und teilweise mit einem Empfänger
verbunden sind. Wenn man also einerseits eine Einfassung der Kanüle bevorzugt, wird
andererseits nicht ausgeschlossen, einen Sensor als unabhängiges Bauelement vorzusehen.
Wird auch hinsichtlich der Abstrahlungsreflexion, unter Einbeziehung eines Streuungsfaktors
und der aufgenommenen Energie, eine gleiche Anzahl von Lichtleitfasern für den Sender
und den Empfänger nicht ausgeschlossen, so liegt doch eine zweckmäßige Ausführungsform
darin, daß mehr Empfänger-Lichtleitfasern als Sender-Lichtleitfasern
vorgesehen
sind und insbesondere ein Faserdurchmesser in der Größenordnung von insbesondere?
0,25 mm verwendet wird. Hierdurch kann eine abgestufte räumliche Ausführung einbezogen
werden. Insbesondere ist es dadurch möglich, die räumliche Flächenbelegung zu vermindern.
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Das Verfahren und die Vorrichtung sind unter Taglicht betreib bar.
Selbst unter Taglicht kann eine gleichbleibende Lichts gabe vorgesehen sein. Dabei
wird eine Abschirmung gegenüber Taglicheinfall oder gegenüber Einfall eines diesen
entsprechenden Lichtes vorgesehen. Bei einer solchen Abschirmung ist es durchaus
möglich, ein Ergebnis zu erzielen, durch welches eine Kanüle einwandfrei steuerbar
ist. Dazu brauchen nicht ein Fenster oder eine künstliche Lichtquelle abgeschirmt
zu werden, sondern es ist durchaus möglich, daß auch die Intensität des gleichbleibenden
Lichts größer ist als ständig einfallendes Taglicht. Bei geringerer Intensität ergibt
sich das Problem der Abschirmung einfallenden Taglichts. In diesem Zusammenhang
entsteht aber im Hinblick auf geleitetes Licht im Zusammenhang mit den Lichtleitfasern
der Vorteil, daß eine Arl Abschirmung stattfindet, die auch unter normalem Taglicht
ein besonderes Ansprechvermögen sichert. Diese Sicherung wird insbesondere durch
den angegebenen Faser-Durchmesserbereich und deren Anordnung gewährleistet.
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Wenn die Probleme mit gleichmäßig einfallendem Licht entstehen, liegt
aber eine weitere bevorzugte Ausführungsform darin1 daß dem vom Sender ausgegebenem
Licht eine Impulsfrequenz wenigstens überlagert ist. Schon die Überlagerung ermöglicht
dif Auswahl eines Ansprechvermögens. Besonders bevorzugt wird aber, daß reines Impulslicht
zugeführt wird.
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Wenn auch Licht im gesamten Spektrum des erkennbaren Lichts einbezogen
wird, liegt eine bevorzugte Ausführungsform in der
Verwendung von
Licht im IR-Bereich. Dabei liegt zweckmäßig die Wellenlänge des Lichts in der Größenordnung
von 800 nm.
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Hierbei handelt es sich praktisch um Licht im IR-Bereich, wobei bevorzugt
wird, daß mit einem solchen Licht Impulse ir.
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der Größenordnung von 2 10 /usec gegeben werden bei einem Tastverhältnis
der Impulse in der Größenordnung von 1 : 100.
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Darin liegt eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung hinsichtlich
nicht nur der Durchführung des Verfahrens, sondern auch von Sender, Empfänger und
Steuereinrichtungen.
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Hierbei wird auch eine Aufnahme für ein Probengefäß bevorzugt, welche
mit lichtschluckendem Material, inabesondere tiefschwarz, ausgeführt ist. Selbst
wenn also die Flüssigkeit, für welche aber Transparenz und eine reflektierende,
d.h.
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nicht absorbierende oder schluckende Oberfläche bzw. Masse vorausgesetzt
wird, Lichtstrahlen durchläßt, wird durch die angegebenen Merkmale der Vorrichtung
im Zusammenhang mit der Anlage für die Aufnahme eine verfälschende Reflexion ausgeschlossen.
Für die Erfindung ist eine transparente Flüssigkeit mit einer reflektierenden Oberfläche
eine besondere Voraussetzung.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben,
die in der Zeichnung dargestellt sind.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anlage
für die Erfindung, Fig. 2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ausführung
in Teildarstellung im Schnitt, Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie III -
III in Fig. 2 in Teildarstellung, Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Schnittdarstellung
zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform, in vergrößertem Maßstab,
Fig.
5 eine der Fig. 2 entsprechende Geildarstellung einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 6 ein Schnitt längs der Linie VI - VI durch Fig. 5 in Teildarstellung, in vergrötoertem
Maßstab, Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Empfängerbaugruppe, Fig. 8 eine
schematische Darstellung einer Senderbaugruppe.
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In Fig. 1 ist schematisch eine Anlage gezeigt, welche eine Aufnahme
1 für ein Probengefäß 2 nicht näher ausgeführt zeigt, wobei aber die Aufnahme 1
eine korrespondierende Kontur aus lichtschluckendem Material, insbesondere mit einer
tiefschwarzen Auskleidung, hat.
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Oberhalb dieses Probegefäßes 2 sind an einem Hubarm 3, der entsprechend
dem Doppelpfeil 4 hin- und herbewegbar in einem Gestell 5 mit einem Hubantriebsmotor
6 gelagert ist, eine Kanüle 7 und ein Sensor 8 angeordnet. Die Kanüle 7 steht beispielsweise
über einen Kunststoffschlauch 9 mit einer Dosierpumpe 10 in Verbindung, die über
einen Antriebsmotor 11 angetrieben wird, der durch eine Funktionsleitung 12 mit
einer Steuerung 13 in Verbindung steht.
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Der Sensor 8 steht durch sogenannte Lichtleiter 15 über eine Verzweigung
16 einerseits mit einem Sender 17 und andererseits einem Empfänger 18 in Verbindung,
der durch eine Funktionsleitung 19 mit einem Verstärker 20, und von diesem mit der
Steuerung 13 verbunden ist. Die Steuerung selbst hat eine BeRehlseinrichtung 21
in Form einer Eingabe. Ferner ist die Steuerung nicht nur über die Funktionsleitung
12 mit dem Motor 11 verbunden, sondern auch über eine Funktionsleitung 22 mit dem
Hubantriebsmotor 6.
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Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß die Kanüle 7 mit einer
Sonde an einem Flüssigkeitsspiegel innerhalb des Gefäßes 2 heranbewegbar ist. Wesentlich
für die Erfindung ist, daß in dem Gefäß wässrige Lösungen als Proben enthalten sind,
weil wässrige Lösungen eine Oberfläche aufweisen, die ein ausreichendes Reflektionsvermögen
bei senkrecht zur Oberfläche einfallendem Licht aufweisen.
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Hierbei ist nicht immer gewährleistet, daß eine solche Oberfläche
spiegelglatt ist. Die Erfindung berücksichtigt gerade auch eine bewegte Oberfläche,
die bisher eine optische überwachung zur Heranführung einer Sonde ausgeschlossen
hat. Wenn es auch im Hinblick auf Fig. 1 als überraschend erscheint, daß eine Sonde
8 zur Kanüle 7 einen Steuerungseffekt zewährleisten kann, um den Hub antrieb smotor
6 in Bewegung zu setzen oder anzuhalten und möglichera/eise auch den Antriebsmotor
11 zu steuern, dann ergibt sich im Hinblick auf die optische Abtastung eines Flüssigkeitsspiegels
im Gefäß 2 die überraschende Wirkung, daß eine genaue Steuerung an einem solchen
Flüssigkeitsspiegel möglich ist.
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In Fig. 2 ist ein Gefäß einer etwas anderen Ausführungsform gezeigt,
bei welchem die kanüle 7 bereits in die Flüssigkeit eintaucht, aber die Sonde 8
mit ihrer Austrittsöffnung 23 oberhalb der Flüssigkeit gehalten ist. In die sonde
8, die nach Fig. 3 ein inneres Rohr 24, das die Kanüle 7 und ihren Schaft umgibt,
und ein äußeres Rohr 25 hat, welches für Lichteinflüsse neutral oder inert ist,
sind zwei Gruppen von Lichtleitfasern eingeführt, von denen eine Gruppe 26 von einem
Sender 17 kommt und eine andere Gruppe 27 zu einem Empfänger 18 geführt ist. Zwischen
den Rohren 24, 25 sind Lichtleitfasern 43 zum Sender und zum Empfänger alternierend
angebracht, wobei in diesem Zusammenhang der Abstand zwischen beiden Rohren 24,
25 gleich dem Außendurchmesser von Lichtleitfasern ist.
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Hierdurch wird die Kanüle 7 genau eingefaßt, und es ist eine spezielle
Steuerung vorgesehen.
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Die Fig. 3 zeigt dabei eine vorteilhafte Ausgestaltung. Die Fig. 4
zeigt auch unter Einbeziehung von Rohren 24, 25, die von Auskleidungen oder aus
Kunststoffmaterial gebildet sein können, zum Teil willkürlich einander zugeordnete
Gruppen 28 von Lichtleitfaserpaaren, von denen beispielsweise die außenliegenden
zum Sender 17 und die innenliegenden zum Empfänger 18 geführt sind. Hierbei kann
eine weiteagehend willkürliche Verteilung vorgesehen sein, wobei hinsichtlich der
Umfangsanordnung aber überraschend ist, daß mehr innere Empfangslichtleitfasern
zum Empfänger 18 als Zuführungs-Lichtleitfasern vom Sender 17 vorgesehen sind. Damit
läßt sich die Signalausbeute vergrößern. Nach Fig. 5 und 6 ist in das Gefäß 2 neben
der Kanüle 7, die mit dem Gestell 5 und Antriebsmotor 6 über den Arm 3 verbunden
ist, eine separate Sonde 29 angeordnet, die nach Fig. 6 aus einem äußeren Rohr 30
mit ihrer Austrittsöffnung 31 besteht, in der eine Vielzahl von Lichtleitfasern
32 angeordnet ist, von denen einige entsprechend 26 von einem Sender kommen und
andere 27 zu einem Empfänger gehen. Hier ist dargestellt, daß eine unsortierte Verteilung
innerhalb des Rohrs 30 der Sonde 29 möglich ist, um das Ergebnis zu erreichen, weil
es im wesentlichen auf die benachbarte dichte Anordnung der Lichtleitfasern ankommt,
wobei im Ausführungsbeispiel ein Durchmesser von 0,25 mm vorgesehen ist. Für alle
Ausführungsformen kann diese beispielsweise größe angegeben werden, durchaus auch
mit der Maßgabe, daß dadurch eine Energieabstufung hinsichtlich Sendung und empfang
eingeführt wird.
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ine solche abstufung sch schfft einen Schwellwert für eine chwellwertschaltung,
um die Nachfolgebewegung der>Sonde und der Kanüle zu steuern. Dies ergibt sich
aus den Fig. 7 und 8,
auf die noch Bezug genommen wird. Wenn auch
in Verbinden, cit den gezeigten Ausführungsformen mit Taglicht, egebenenfrlls mit
einer Abschattungsblende gearbeitet werden karni, so liegt doch die vorteilhafte
Ausführungsform wenigstens in der berlagerung eines Pulslichtes, um vom normalen
Lichteinfall unabhängig zu werden, zugleich aber auch um eine besondere Reflexionscharakteristik
von der Oberflache der Flüssigkeit her zu erhalten. Es versteht sich, daß Schaltimpulse
in Abhengigkeit davon auslösbar sind, daß die Sonde mit ihrem Sender und Empfänger
Flächeneinheiten aufweisenden Oberfläche in eine bestimmte Annäherung an den Flüssigkeitsspiegel
gefahren wird, in den die Kanüle 7 eintauchen soll, um eine Probe zu entnehmen oder
Flüssigkeit zuriicl:zufiihren. Unter einer solchen Annäherungsbewegung ist im hinblick
auf die Unterteilung der Sender- und Empfangsflächen der Sonde ein Rückempfang eines
Anteiles der ausgesendeten Energiemenge vorgesehen, um einen schaltungsmäßig eingebauten
Schwellwert zu überschreiten und dadurch einen Sondenabstand zum Flüssigkeitsspiegel
anzuzeigen. Von einem daraus entwickelten Signal ist der Antrieb der Sonde und auch
einer angeschlossenen Pumpe zur Ein- oder Abführung einer Flüssigkeit steuerbar.
Einbezogen wird dabei eine stabil abgeglichene Stromversorgung für die Vorrichtung.
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In den Fig. 7 und 8 sind schematisch ein Empfänger und ein Sender
für die Ausführung der Vorrichtung dargestellt. Ausgehend von einer Versorgung 33,
die beiden Zweigen 34, 35 nach Fig. 7 und 8 für einen Empfänger und Sender zugeordnet
sind, ergibt sich für den Zweig 34 des Empfängers ein Bototransistor 36 zur Aufnahme
von Lichtimpulsen, ein Vorverstärker 37, ein Impulsgleichstromwandler 38 und ein
danoh geschalteter Schwellwertschalter 39 mit einem Funktionsanschluß 40 für die
Steuerung des in Fig. 1 vorgesehenen Antriebsmotors 6. Gemäß Fig. 8 ist an die Stromversorgung
33 bezüglich des Senders eine Diode oder Lampe 41 vorgesehen, der
beispielsweise
ein Impulsgenerator 42 vorgeschaltet ist.
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Die Lampe kann gemäß obigen Ausführungen für Gleich- oder Taglicht
ausgestaltet sein, aber in Verbindung mit dem Impulsgenerator so steuerbar sein,
daß zum Empfänger entsprechend der Lichtleitverbindung 43 eine Impulsübertragung
statt findet. Bevorzugt wird jedoch eine Diode mit einer Wellenlänge in der Größenordnung
von 800 nm.
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Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und mit dem
Verfahren ergibt sich die Frequenz aus Werten der Sigenabsorption der Flüssigkeit,
insbesondere des Wassers. Dabei ist zu berücksichtigen, daß aus diesen Gesichtspunkten
einerseits und dem Einfluß des Taglichts mit seiner Wellenlänge andererseits gerade
der im Bereich von 800 nm besonders vorteilhaft ist. Dabei wird nicht ausgeschlossen,
der Vorrichtung eine Maske zuzuordnen, die Licht nur mit einer bestimmte Helligkeit
durchläßt, um eine Signalbeeinflussung herbeizuführen, die den Ablauf des Verfahrens
mit der beschriebenen Vorrichtung beeinflußt. Es ist auch denkbar, bei Einsatz der
Vorrichtung für andere flüssige Medien, eine unter Berücksich tigung des speziellen
Reflexionsgrades geänderte Wellenlänge anzuwenden. In diesem Zusammenhang sind Abwandlungen
auch im Hinblick auf Umgebungseinflüsse möglich. Wesentlich ist immer die Einhaltung
einer vorgewählten Schaltschwelle, die einstellbar sein kann, um einen Schaltvorgang
in einem genau gewünschten Sensorabstand zum Flüssigkeitsspiegel zu gewährleisten.
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